高等有機(jī)化學(xué)教學(xué)課件

（OrganicChemistry）1.有機(jī)化學(xué)研究的對象有機(jī)化學(xué)的研究對象是有機(jī)化合物。研究有機(jī)化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成、變化，以及伴隨這些變化所發(fā)生的一系列現(xiàn)象。

2020/10/1612.有機(jī)化學(xué)發(fā)展歷程的回顧

(1)利用

公元770~780年，人們開始利用來自動植物體內(nèi)的物質(zhì)，例如：燒酒、糖、染料和藥物。

(2)提取

1773年：尿素→1773~1785年：檸檬酸，乳酸，酒石酸，嗎啡→元素測定→生活力學(xué)說→有機(jī)化學(xué)

(3)合成

19世紀(jì)中葉：用無機(jī)物氰酸銨（NH4CNO）首次合成尿素→乙酸，油脂→生活力學(xué)說被否定

(4)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)

一維→二維→三維

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(5)有機(jī)化學(xué)的近代發(fā)展借助于近代物理學(xué)的進(jìn)展，有機(jī)化學(xué)得到長足的發(fā)展，不僅在實(shí)驗(yàn)室里分離和提取了一系列天然有機(jī)產(chǎn)物，而且還合成出一些自然界未曾發(fā)現(xiàn)的化合物，并逐步興起了有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)，尤其以染料和制藥工業(yè)最為突出。20世紀(jì)30年代，隨著石油等天然資源的開發(fā)和利用，世界進(jìn)入了合成高分子材料的新時代。2020/10/163目前，隨著結(jié)構(gòu)理論和化學(xué)反應(yīng)理論以及計算機(jī)、激光、磁共振和重組DNA技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)化學(xué)對分子水平的掌握日益得心應(yīng)手，能夠按照某種特定需要，在分子水平上設(shè)計結(jié)構(gòu)和進(jìn)行制備，并由此形成了化學(xué)發(fā)展的一個新方向——分子工程學(xué)。

2020/10/1643.21世紀(jì)有機(jī)化學(xué)的展望

(1)走出純化學(xué)，進(jìn)入大科學(xué)當(dāng)生物化學(xué)和藥物化學(xué)徹底脫離有機(jī)化學(xué)后，化學(xué)家則把興趣更多地轉(zhuǎn)向獲得結(jié)構(gòu)奇特或曇花一現(xiàn)的分子，較少象生物學(xué)家那樣發(fā)揮想象力，探索其有時是捉摸不定的功能。隨著20世紀(jì)的過去，化學(xué)知識和化學(xué)生產(chǎn)的普及和發(fā)展，數(shù)學(xué)、物理的進(jìn)展，一些在此基礎(chǔ)上綜合發(fā)展起來的大科學(xué)開始顯現(xiàn)出它們重要的地位，而這些大科學(xué)的發(fā)展，又反過來對化學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展方向。2020/10/165尤其是與信息時代相關(guān)的功能材料以及當(dāng)前可能更受人們重視的生命科學(xué)，都面臨著眾多的化學(xué)問題亟待解決，要求化學(xué)家更多更積極的參與。如果說生物學(xué)家致力于闡明生命的過程，那么化學(xué)家的使命就是研究如何調(diào)控這一過程。然而，化學(xué)雖然在20世紀(jì)有了飛躍的發(fā)展，但面對生命這樣復(fù)雜的體系，現(xiàn)有的化學(xué)知識是不敷應(yīng)用的，特別需要新化合物和新結(jié)構(gòu)的提供以及復(fù)雜體系中分子識別本質(zhì)的知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。2020/10/166

(2)迎接挑戰(zhàn)，發(fā)展化學(xué)

21世紀(jì)初，化學(xué)發(fā)展的幾個重要方面可能為：化學(xué)反應(yīng)動態(tài)學(xué)（如1999年諾貝爾獎授予的飛秒化學(xué)等）；分子識別、分子間的弱相互作用和分子聚集體化學(xué)；合成和組裝化學(xué)等。以合成為例：

2020/10/167從科學(xué)發(fā)展的角度來看，合成化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的核心，是未來化學(xué)家改造世界、創(chuàng)造社會的最有力的手段。創(chuàng)造新的合成反應(yīng)一直是化學(xué)界的熱點(diǎn)，多年來不少諾貝爾化學(xué)獎就是授予了合成化學(xué)家。最近20年SCI引用次數(shù)最多的50名化學(xué)家中約有1/3是從事合成化學(xué)的。200年來化學(xué)家不僅發(fā)現(xiàn)和合成了眾多天然存在的化合物，同時也人工創(chuàng)造了大量非天然的化合物，2020/10/168使得人類社會所有的化合物已達(dá)2230萬個（CA1999年12月10日收錄的化合物數(shù)）。其增加速度從20世紀(jì)90年代前每年60多萬個到今天幾個月100萬個。隨著21世紀(jì)的到來和社會高科技的迅猛發(fā)展，要求合成化學(xué)家能夠更多地提供新型結(jié)構(gòu)和新型功能的化合物，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計和組裝各種功能的分子聚集體，進(jìn)而制備高技術(shù)傳感器、仿生智能材料以及分子電子器件、分子開關(guān)等新材料。2020/10/169生命科學(xué)研究進(jìn)入到分子水平，需要化學(xué)的參與，需要合成研究的參與。材料科學(xué)、環(huán)境、能源乃至信息科學(xué)都對化學(xué)提出了諸多挑戰(zhàn)。大科學(xué)正在召喚著化學(xué)。走出純化學(xué)，進(jìn)入大科學(xué)，迎接挑戰(zhàn)，發(fā)展化學(xué)，超越前人，閃耀輝煌。2020/10/16104.有機(jī)化學(xué)發(fā)展前沿和研究熱點(diǎn)在有機(jī)化學(xué)的發(fā)展過程中，逐步形成了有機(jī)合成化學(xué)、天然有機(jī)化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、金屬與元素有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)以及有機(jī)物分離分析等領(lǐng)域。這些領(lǐng)域在各自的成長過程中相互滲透、相互依靠并相互促進(jìn)，為有機(jī)化學(xué)學(xué)科的繁榮發(fā)展作出重要的貢獻(xiàn)。2020/10/1611有機(jī)合成化學(xué)有機(jī)合成的基礎(chǔ)是各種各樣的基元合成反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)或用新的試劑或技術(shù)改善提高已有的反應(yīng)的效率和選擇性是發(fā)展有機(jī)合成的主要途徑。高選擇性試劑和反應(yīng)是有機(jī)合成化學(xué)中最主要的研究課題之一，其中包括化學(xué)和區(qū)域選擇控制，立體選擇性控制和不對稱合成等。復(fù)雜有機(jī)分子的全合成一直是最受關(guān)注的領(lǐng)域，與生物科學(xué)相結(jié)合，重視分子的功能則是合成化學(xué)家的新熱點(diǎn)。2020/10/1612天然有機(jī)化學(xué)天然有機(jī)化學(xué)是研究動植物及生物體內(nèi)源性生理活性物質(zhì)的有機(jī)化學(xué)。目的是希望發(fā)掘有生理活性的天然化合物，作為發(fā)展新藥先導(dǎo)化合物，或者直接用于臨床或?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。天然有機(jī)化學(xué)是植物化學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥物化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)的基礎(chǔ)。同時，天然有機(jī)化學(xué)的研究為有機(jī)化合物新的分離分析方法，新的專一性和立體選擇性合成方法和立體化學(xué)等方面作出了重要貢獻(xiàn)。2020/10/1613生物有機(jī)化學(xué)生物有機(jī)化學(xué)是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一門生物化學(xué)和有機(jī)化學(xué)之間的邊緣學(xué)科。一方面，應(yīng)用有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)理論、基團(tuán)相互作用理論、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)理論，以及應(yīng)用有機(jī)化學(xué)研究方法，在分子水平上研究生物分子的化學(xué)變化和反應(yīng)規(guī)律。另一方面，通過模擬生物體系的化學(xué)變化，建立有機(jī)化學(xué)研究新體系（反應(yīng)機(jī)理和有機(jī)合成新方法等）。2020/10/1614元素有機(jī)化學(xué)和金屬有機(jī)化學(xué)元素有機(jī)化學(xué)是當(dāng)代有機(jī)化學(xué)研究中最為活躍的領(lǐng)域之一。有機(jī)磷化學(xué)、有機(jī)氟化學(xué)、有機(jī)硼化學(xué)和有機(jī)硅化學(xué)是當(dāng)前元素有機(jī)化學(xué)中四個主要支柱。金屬有機(jī)化學(xué)是近代化學(xué)前沿領(lǐng)域之一。金屬有機(jī)化合物的合成、結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能的研究以及新型基元反應(yīng)的開發(fā)和以有機(jī)合成為目標(biāo)的金屬有機(jī)化學(xué)都是金屬有機(jī)化學(xué)的主要研究內(nèi)容。2020/10/1615物理有機(jī)化學(xué)主要是通過現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)方法與理論計算方法研究有機(jī)分子結(jié)構(gòu)及其物理、化學(xué)性能之間的關(guān)系，闡明有機(jī)化學(xué)的反應(yīng)機(jī)理。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)途徑的宏觀和微觀細(xì)節(jié)是物理有機(jī)化學(xué)的核心課題之一。而生命科學(xué)中的物理有機(jī)化學(xué)研究，則包括主－客體化學(xué)中的模擬酶催化反應(yīng)，主體分子提供的微環(huán)境可控制反應(yīng)，主體分子對客體分子的識別作用以及疏水親脂作用等。物理有機(jī)化學(xué)2020/10/1616有機(jī)物的分離和分析是人類認(rèn)識和改造有機(jī)物質(zhì)世界的重要手段。在有機(jī)化學(xué)發(fā)展的各個重要?dú)v史階段以及有機(jī)化學(xué)在與其他學(xué)科相互滲透的主要界面點(diǎn)上，有機(jī)物的分離和分析都起到了關(guān)鍵性的作用。而分離和分析緊密結(jié)合是有機(jī)分析的一大特色。有機(jī)化合物的分離和分析2020/10/1617藥物化學(xué)、農(nóng)藥化學(xué)、有機(jī)功能材料、香料化學(xué)、石油化工產(chǎn)品的深度加工和農(nóng)林牧資源及工農(nóng)業(yè)廢棄物的高值化。新型藥物、新農(nóng)藥、有機(jī)功能材料及香料新品種的創(chuàng)制將帶動分子設(shè)計、有機(jī)合成、立體化學(xué)、構(gòu)效關(guān)系等研究水平的提高，而農(nóng)副產(chǎn)品加工中的廢棄物的高值化將會是有機(jī)化學(xué)的有發(fā)展前景的應(yīng)用領(lǐng)域。有機(jī)化學(xué)中的重要應(yīng)用研究2020/10/1618高等有機(jī)化學(xué)參考書：1.《AdvancedOrganicChemistry》4thEdition,FrancisA.CareyandRichardJ.Sundberg,2001.2.

《AdvancedOrganicChemistry》

1thEdition(中譯本）,FrancisA.CareyandRichardJ.Sundberg,1984.3.《物理有機(jī)化學(xué)》(上、下)高振衡編,高等教育出版社。4.

《高等有機(jī)化學(xué)》汪秋安編，化學(xué)工業(yè)出版社。2020/10/1619高等有機(jī)化學(xué)高等有機(jī)化學(xué)又名物理有機(jī)和理論有機(jī)化學(xué)研究對象：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)以及有機(jī)化合物在反應(yīng)過程中結(jié)構(gòu)的變化，研究有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件對有機(jī)化合物的物理、化學(xué)性能的影響以及化學(xué)反應(yīng)歷程。它的理論基礎(chǔ)主要是量子化學(xué)和以此為依據(jù)的化學(xué)鍵理論和電子理論。2020/10/1620高等有機(jī)化學(xué)通過對一般典型有機(jī)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)及典型反應(yīng)歷程的研究，使有機(jī)合成化學(xué)家有可能運(yùn)用這些理性認(rèn)識來推測未知有機(jī)物極其在反應(yīng)中的內(nèi)在聯(lián)系，從而有利于設(shè)計具有特殊性能的新化合物，考慮合成中的最好原料和最理想的合成路線等。2020/10/1621學(xué)習(xí)方法介紹有機(jī)化學(xué)是化學(xué)專業(yè)四大基礎(chǔ)課之一，因此，對化學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，非常注重他們有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識的認(rèn)識水平，促使形成有機(jī)化學(xué)學(xué)科的思維方式。高等有機(jī)化學(xué)又是在基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)上，對有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識在理論水平上有更深入的理解，以利于提高我們在實(shí)際應(yīng)用中靈活應(yīng)用的能力。但如果我們學(xué)習(xí)僅僅是死記硬背幾個反應(yīng)式的話，那將在做一件毫無意義的事情，決不是我們學(xué)習(xí)高等有機(jī)化學(xué)的目的。我們在學(xué)習(xí)時應(yīng)采取哪些可行的學(xué)習(xí)方法呢？2020/10/1622復(fù)習(xí)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)的知識這一點(diǎn)的大家學(xué)習(xí)好《高等有機(jī)化學(xué)》的基礎(chǔ)。因?yàn)椤陡叩扔袡C(jī)化學(xué)》的學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)《有機(jī)化學(xué)》的深入、深化，沒有基礎(chǔ)，我們是很難在有限的時間里讓同學(xué)們對某一問題有更深刻的專業(yè)知識理解。要求大家至少要粗略地看一遍。2020/10/1623例：有機(jī)反應(yīng)歷程（機(jī)理）

(1)定義描述某個反應(yīng)的逐步變化過程，即反應(yīng)分幾步進(jìn)行（有幾個基元反應(yīng)），每步反應(yīng)涉及那些鍵的斷裂、那些鍵的形成，哪一步是決定整個反應(yīng)速率的反應(yīng)定速步驟，反應(yīng)條件在其中起什么作用等一系列細(xì)節(jié)。2020/10/1624

(2)共價鍵斷裂和形成過程中電子轉(zhuǎn)移的表示方法表示一對電子的轉(zhuǎn)移。共價鍵的異裂彎箭頭從共價鍵的中部指向接受電子的原子，該原子得到一對孤電子對，形成負(fù)離子。形成新的共價鍵彎箭頭從孤電子對指向形成共價鍵的部位，其結(jié)果形成了新的共價鍵。2020/10/1625表示單電子的轉(zhuǎn)移。共價鍵的均裂彎箭頭從共價鍵的中部指向接受電子的原子，該原子得到一個電子，形成自由基。2020/10/1626例如：2020/10/1627

(3)類型

一步反應(yīng)：經(jīng)過過渡態(tài)(transitionstate)≠反應(yīng)物過渡態(tài)生成物2020/10/1628一步反應(yīng)勢能變化示意圖2020/10/1629兩步反應(yīng)：生成反應(yīng)的活性中間體

(reactiveintermediate)反應(yīng)物中間體產(chǎn)物慢2020/10/1630兩步反應(yīng)勢能變化示意圖2020/10/1631反應(yīng)物→中間體或過渡態(tài)→生成物→在共價鍵斷裂和形成的同時，碳原子的雜化狀態(tài)也發(fā)生改變。影響反應(yīng)的因素：形成過渡態(tài)所需活化能；

反應(yīng)物反應(yīng)活性與中間體的穩(wěn)定性。2020/10/1632有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)又為結(jié)構(gòu)的探索和確定提供線索和依據(jù)。有機(jī)化學(xué)的核心問題之一就是研究和掌握有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特征及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)反映近代結(jié)構(gòu)理論2020/10/1633要敢于花時間和精力每一門學(xué)科都有自己的專業(yè)特點(diǎn)，《高等有機(jī)化學(xué)》這門課程專業(yè)性強(qiáng)，在整個受化學(xué)教育的過程中，對提高化學(xué)水平有舉足輕重的作用。《高等有機(jī)化學(xué)》內(nèi)容多、理論性強(qiáng)，而在一些具體的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中又綜錯復(fù)雜，加之條件變化影響，沒有過硬的專業(yè)理論水平，是很難理解并正確認(rèn)識一些具體的有機(jī)化學(xué)的，因此要敢于花時間和精力學(xué)好《高等有機(jī)化學(xué)》，讓自己的化學(xué)水平真正上一個臺階。2020/10/1634學(xué)會理解并記憶有機(jī)化學(xué)理論的知識，并靈活應(yīng)用所學(xué)的理論知識。理解記憶在哪一門學(xué)科都是重要的，但對學(xué)習(xí)《高等有機(jī)化學(xué)》特別顯得突出。也只有理解記憶后，才能融會貫通、舉一反三。舉兩個例子作簡單的說明：（1）對馬氏規(guī)則的認(rèn)識；（2）乙醇在不同條件下成醚或成烯。2020/10/1635例：馬氏規(guī)則：鹵化氫等極性試劑與不對稱烯的離子型加成反應(yīng)，氫原子加在含氫較多的雙鍵碳原子上，鹵素、其它親核性原子或基團(tuán)加在含氫較